HMK. Teknisk rapport 2018:1 Mät- och lägesosäkerhet vid geodatainsamling en lathund. Clas-Göran Persson. handbok i mät- och kartfrågor

Transkript

1 HMK handbok i mät- och kartfrågor handbok i mät- och kartfrågor Mät- och lägesosäkerhet vid geodatainsamling en lathund Clas-Göran Persson

2 Författarens kontaktuppgifter Clas-Göran Persson Skansstigen 3 C SE Frösön C.G.Persson@Outlook.com

3 Förord Serien Tekniska rapporter är ett komplement till övriga HMKdokument. I dessa rapporter redovisas bakgrundsinformation, detaljbeskrivningar, analyser m.m. som inte passar in i en handbokstext. Det viktigaste syftet är att säkerställa och visa att handböckerna ligger i linje med metod- och teknikutvecklingen samt med de krav och riktlinjer som finns i branschen i övrigt, nationellt och internationellt. De tekniska rapporterna får därför karaktären av såväl fördjupning av som komplement till handböckerna. Den sammanställning som redovisas i just denna rapport har efterfrågats av HMK-användarna. Synpunkter har framförts att det är svårt att få en överblick över de uppgifter om mät- och lägesosäkerhet som finns i olika HMK-dokument, samt hur dessa förhåller sig till de praktiska tillämpningarna. Det bör dock påpekas att det i vissa tillämpningar är andra aspekter än lägesosäkerhet som är styrande vid val av metod. T.ex. kan kraven på tolkbarhet i sin tur ställa krav på viss bildupplösning vid fotogrammetrisk detaljmätning. Rapporten har utarbetats av undertecknad. Granskare har varit Lars Jämtnäs, Thomas Lithén och Jan Wingstedt, Lantmäteriet, samt Joakim Fransson, Trafikverket. För att kunna fungera som lathund kan det bli nödvändigt att uppdatera den i takt med revisionen av HMK-dokumenten. Ett alternativ är att inkludera rapporttexten i någon av de reguljära handböckerna vid nästa större HMK-revision. Frösön, Valborgsmässoafton 2018 /Clas-Göran Persson, Lantmäteriet Innehållsförteckning Kommentarer till lathunden... 4 Mät- och lägesosäkerhet vid geodetisk mätning... 7 Lägesosäkerhet vid mätning baserad på bild- och laserdata... 8 Bilaga: Avsnitt i HMK som behandlar mät- och lägesosäkerhet vid geodetisk mätning

4 Kommentarer till lathunden Sidorna 7 och 8 utgör den egentliga lathunden. Den är sammanställd från de passager i HMK-dokumenten som handlar om mät- och lägesosäkerhet och är ämnad att ge en överblick över samtliga metoder och tekniker för insamling av geodata. I denna inledning ges några kompletterande upplysningar om lathundens innehåll och användning. Det viktigaste torde vara att förtydliga vad som avses med mätosäkerhet och lägesosäkerhet, samt skillnaden mellan termerna. Litet förenklat är mätosäkerhet kopplad till själva mätinstrumentet och mätoperationen, dvs. det som fabrikanten normalt specificerar i sina faktablad. Lägesosäkerhet kommer in i bilden först när dessa mätningar kombineras i en positionsbestämning ett läge i plan och/eller höjd relaterat till ett referenssystem (se HMK Ordlista och förkortningar, december 2017). För terrester geodetisk mätning blir detta ganska tydligt: Ur mätningar av avstånd och riktningar beräknas planläget och genom t.ex. trigonometrisk höjdmätning eller avvägning bestäms läget i höjd. Mätosäkerheten avser här de ursprungliga mätningarna medan lägesosäkerheten avser det beräknade plan- eller höjdläget. Vid andra typer av mätningar däremot flyter gränserna ihop något i de fall redan själva mätningen ger en position, ett läge. Det gäller exempelvis GNSS-baserad detaljmätning med nätverks-rtk mot SWEPOS, som innebär lägesbestämning direkt i det nationella referenssystemet SWEREF 99. Här finns det ingen anledning att tala om något annat än lägesosäkerhet. Ett något annorlunda exempel är laserskanning. Där mäts riktningar och avstånd, men dessa räknas om till laserpunktmoln i 3D internt i systemet. Dessa 3D-koordinater måste dock georefereras relateras till ett referenssystem i efterhand för att kunna lagras i en geodatabas. Så mätningen ger i och för sig positioner, men inte slutgiltiga sådana. Sammantaget är lägesosäkerheten i slutprodukten det centrala i geodatasammanhang. Mätosäkerheten kan dock vara av intresse under processen från mätning till positionsbestämning, t.ex. i samband med kvalitetskontroll. Och naturligtvis sätter mätosäkerheten gränser för slutresultatets kvalitet, såväl den absoluta som den lokala lägesosäkerheten (se nedan). 4

5 För det flesta metoder/tekniker anges värden på lägesosäkerhet m.m. för HMK standardnivå 1, 2 och 3 (standardnivå 0 hanteras ej inom ramen för HMK). I de fall värden saknas för någon nivå så beror det på att den metoden/tekniken normalt inte brukar användas för sådana tillämpningar. I nedanstående tabell redovisas definitioner, principiella exempel på ändamål samt tekniska lösningar för HMK:s olika standardnivåer. Den utgör en sammanställning av Tabell 2 i HMK Introduktion 2017 och avsnitt 2.6 (Tabell 2.6) i HMK Geodatakvalitet HMK-Standardnivå Definition Global/nationell mätning och kartläggning Nationell/regional mätning och kartläggning Mätning och kartläggning av tätort Projektinriktad mätning och kartläggning Exempel på ändamål för mätning och kartläggning Dokumentation av markanvändning och vegetation, miljöövervakning m.m. Översiktlig planering och dokumentation av byggande, infrastruktur, miljö, naturvård, risker, skogsbruk m.m. Kommunal detaljplanering och dokumentation Projektering, byggande och förvaltning av bebyggelse, vägar och övrig infrastruktur samt för framtagning av bygg- och relationshandlingar. Ungefärlig lägesosäkerhet (standardosäkerhet) 1m 1m 0,1 m 0,05m Exempel på hantering av referenssystem WGS84 SWEREF 99 SWEREF 99 TM; RH 2000 SWEREF 99, regional projektionszon; RH 2000 Projektanpassat system (inpassat på SWEREF 99 och RH 2000) Exempel på geodetiska mätmetoder Absolut positionering med GNSS (kodmätning) dgnss (relativ kodmätning) RTK eller nätverks-rtk (relativ bärvägsmätning) Totalstation, projektanpassad nätverks-rtk och terrester laserskanning Geometrisk upplösning vid mätning i bilddata 0,5m (från satelliter) 0,5m (från flygplan) 0,1m (från flygplan) 0,05m (från helikopter, UAV, markfordon) Principexempel: detaljeringsgrad för objektet byggnad Redovisas som höjdsatt punkt Redovisas som låda Redovisas med enkel takkonstruktion och fasad utan detaljer Redovisas med detaljerade takkonstruktioner, husliv och insida Geodetisk stommätning är ofta en förutsättning för geodatainsamling ett sorts försteg som inte riktigt följer denna indelning. Sådan mätning används bland annat för att: etablera riksnäten i plan och höjd, dvs. i dag SWEREF 99 och RH tillhandahålla tjänster från aktiva nät, t.ex. SWEPOS och projektanpassade tjänster inom bygg & anläggning. etablera kommunala och andra passiva stomnät, samt specialnät såsom byggplatsnät och övervakningsnät. 5

6 Men det finns också geodetiska metoder för geodatainsamling: såväl terrester som GNSS-baserad detaljmätning, som båda tillhör HMKstandardnivå 3. Därutöver förekommer geodetisk mätning i nivå 1 och 2 som inte hanteras i HMK t.ex. i olika GIS-tillämpningar och vid inmätning i samband med inventering, där handhållen GNSS-utrustning eller mobiltelefon ofta är tillräcklig. Sådana enklare tekniklösningar är också tillfyllest vid crowdsourcing, dvs. den medverkan från allmänheten vid uppdatering av geodata som blir allt vanligare. Vad gäller kvalitetskontroll bör observeras att all kontroll bör ske gentemot den teknik som slutgiltigt har valts. Dvs. om man väljer en teknik som har en lägre mätosäkerhet än den som lathunden anger så ska denna (lägre) osäkerhet användas för att konstruera kontrolltoleranser inte den osäkerhet som lathunden anger, om dess tabellvärde är högre. Se HMK Geodatakvalitet 2017, avsnitt 3.3: Kontroll av lägesosäkerhet, Grundläggande princip (sid. 24). Lägesosäkerheten brukar delas upp i: absolut lägesosäkerhet = osäkerheten i georefererade geodatas positionsangivelser i förhållande till ett officiellt referenssystem lokal lägesosäkerhet = osäkerheten i geodatas positionsangivelser i förhållande till omgivande företeelser, t.ex. anläggningar, fastighetsgränser eller lokala referenssystem. Se vidare HMK Ordlista och förkortningar, december 2017 samt HMK Geodatakvalitet 2017, kapitel 1, Georeferering och lägesosäkerhet (sid. 6); även termen relativ lägesosäkerhet förekommer. För geodetisk mätning redovisas såväl absolut som lokal lägesosäkerhet. För geodatainsamling anges dock bara den absoluta osäkerheten eftersom geodata förutsätts vara georefererade. Undantag från den principen är vissa tillämpningar av terrester laserskanning som redovisas i ett helt lokalt system. Lathunden blir av naturen kortfattad för att inte säga korthuggen; det ligger i själva begreppet. För den som vill fördjupa sig i hur tabellvärdena har räknats fram finns särskilda hänvisningar till aktuella HMK-dokument. Beträffande geodetisk mätning redovisas dessa referenser separat, i den bilaga som återfinns sist i rapporten. Hänvisningarna avseende geodatainsamling är i stället inkluderade i tabellen över lägesosäkerhet. 6

7 Mät- och lägesosäkerhet vid geodetisk mätning Nättyp/teknik/tillämpning SWEPOS SWEPOS fundamentalstationer Övriga SWEPOSstationer Absolut standardosäkerhet (mm) Lokal standardosäkerhet (mm) plan höjd plan höjd Kommentar aktivt nät, definierar SWEREF aktivt nät RH 2000 Avvägt riksnät i höjd passivt nät, 1 km punktavstånd Terrestert mätta stomnät GNSS-mätta stomnät Terrester detaljmätning GNSS-baserad detaljmätning (Se HMK GNSSbaserad detaljmätning Bilaga A.1 för detaljerad information om lägesosäkerhet) Anslutningsnät i plan Bruksnät i plan trigonometrisk höjdmätning för att erhålla lokala brukshöjder Specialnät D-nät, trigonometrisk höjdmätning; angivna värden motsvarar mätosäkerheten Anslutningsnät i höjd dubbelavvägning, 0,5 km punktavstånd Bruksnät i höjd dubbelavvägning, 0,1 0,5 km punktavstånd Anslutningsnät lägesosäkerheten i Bruksnät höjd kan förbättras genom kompletterande avvägning Prismastång med stöd Handhållen prismastång som utgångspunkterna (men > 5) större än utgångspunkterna (men > 15) Enkelstations-RTK > ppm Nätverks-RTK mot SWEPOS, med antennstöd Nätverks-RTK mot SWEPOS, med handhållen lodstång Projektanpassad nätverks-rtk (alltid antennstöd) som utgångspunkterna som utgångspunkterna > ppm (nationell- /regional (nationell- /regional ppm (10 25) ppm (20 35) 5 10 (lokal (lokal (lokal trigonometrisk höjdmätning; den lokala lägesosäkerheten är densamma som mätosäkerheten lokal lägesosäkerhet är i förhållande till referensstationen (max 15 km avstånd); absolut lägesosäkerhet beror på referensstationens osäkerhet absolut lägesosäkerhet beror på förtätningsgraden (10-, 35- eller 70-km-nät); lokal standardosäkerhet är ungefär som för SWEPOS 10-km-nät; gäller även RUFRIS (RealtidsUppdaterad FRI Station) 7

8 Lägesosäkerhet vid mätning baserad på bild- och laserdata Dokument Metod HMK standardnivå 1 Flygfotografering. Lägesosäkerhet ideala förhållanden (standardosäkerhet plan/höjd, mm) HMK Flygfotografering 2017, Tabell HMK Flygburen laserskanning 2017, Tabell HMK standardnivå 2 HMK standardnivå 3 Kommentar / / / Standardosäkerheten i plan följer den geometriska upplösningen i flygbilden. Standardosäkerheten i höjd är ca. 50% högre. Se HMK- Flygfotografering avsnitt för detaljerad information om läges- Geometrisk upplösning, flygbild (mm) Flygburen laserskanning. Lägesosäkerhet ideala förhållanden (standardosäkerhet plan/höjd, mm) Punkttäthet (punkter/m²) 0, osäkerhet och för vad som kan mätas i olika upplösningar. 300 / / / 20 Standardosäkerheten i plan är ca. 3 gånger standardosäkerheten i höjd. Osäkerheten beror på punkttätheten. Se HMK-Flygburen laserskanning avsnitt för detaljerad information om lägesosäkerhet och för vad som kan mätas i olika punkttätheter. HMK Fordonsburen laserskanning 2017, Tabell HMK Terrester laserskanning 2017, Tabell <ännu inte utgiven när denna rapport publicerades> Fordonsburen laserskanning. Lägesosäkerhet ideala förhållanden (standardosäkerhet plan/höjd, mm) Punkttäthet (punkter/m²) Geometrisk upplösning, bilder (mm) Terrester laserskanning. Absolut lägesosäkerhet ideala förhållanden (standardosäkerhet plan/höjd, mm) Terrester laserskanning. Lokal lägesosäkerhet ideala förhållanden (standardosäkerhet plan/höjd, mm) - - <20 / <20 Endast angiven för HMK-standardnivå 3. Punkttäthet och bildupplösning följer branschstandard. <20 / <20 - <20 / <20 <5 / <5 Endast angiven för HMK-standardnivå 2 och 3. Absolut lägesosäkerhet avser georefererade data. Lokal lägesosäkerhet avser data som inte ansluts till ett officiellt referenssystem, t.ex. detaljdokumentation av byggnader, minnesmärken etc. HMK Höjddata 2017, Tabell Höjdmodell från flygbilder. Lägesosäkerhet ideala förhållanden Höjdmodell från flygburen laserskanning. Lägesosäkerhet ideala förhållanden Se siffrorna för HMK Flygfotografering Se siffrorna för HMK Flygburen laserskanning Tabell i HMK Höjddata innehåller även standardosäkerheten för blandade förhållanden. HMK Ortofoto 2017, Tabell HMK- Fotogrammetrisk detaljmätning 2017, Tabell Ortofoton från flygbilder. Lägesosäkerhet i plan, ideala förhållanden Se HMK Flygfotografering, siffrorna för lägesosäkerhet i plan Standardosäkerheten följer den geometriska upplösningen i ortofotot. Vissa objekt kan vara svårare att mäta i ortofoton jämfört med stereomodell. Mätning i stereomodell Se siffrorna för HMK Flygfotografering Se kommentar för HMK-Flygfotografering Mätning i plan i ortofoto eller stereomodell. Höjder interpolerade ur höjdmodell Se HMK Flygfotografering, siffrorna för lägesosäkerhet i plan För lägesosäkerhet i höjd: Se siffrorna för HMK Flygburen laserskanning om höjdmodellen kommer från laserskanning. Se siffrorna för HMK Flygfotografering om höjdmodellen kommer från flygbilder Standardosäkerheten i plan följer den geometriska upplösningen i ortofotot.eller flygbilden. Vissa objekt kan vara svårare att mäta i ortofoton jämfört med stereomodell. 8

9 Bilaga: Avsnitt i HMK som behandlar mätoch lägesosäkerhet vid geodetisk mätning Dokument Kapitel/Bilaga Avsnitt, tabellnummer, underbilaga HMK Kravställning vid geodetisk mätning 2017 HMK Stommätning 2017 Kapitel 2: Beställarens kravställning för geodetisk mätning Kapitel 2: Uppdragsplanering och förberedelser Sid nr Specifikation Tabell Exempel på lägesosäkerhet (standardosäkerhet) vid stommätning Tabell Exempel på lägesosäkerhet (standardosäkerhet) i plan vid detaljmätning Tabell Klassindelning av totalstationer Tabell Klassindelning av avvägningsinstrument Kapitel 3: Stommätning med GNSS Tabell Observationstider för statisk mätning av baslinjer beroende på baslinjelängd och förväntad standardosäkerhet Tabell Standardosäkerheter för komponenterna vid baslinjemätning Kapitel 4: Terrester stommätning Avsnitt 4.3.1, löptext och exempel Formler för beräkning av standardosäkerhet vid riktningsmätning, längdmätning samt mätning av höjdtåg. Parametervärdena hämtas från instrumenttillverkarnas tekniska specifikationer. Bilaga A: Förväntad lägesosäkerhet Bilaga A.1, Tabell A Stommätning med GNSS, punkter i anslutningsnät HMK Terrester detaljmätning 2017 Bilaga A: Lägesosäkerhet vid terrester detaljmätning Bilaga A.1, Tabell A Stommätning med GNSS, punkter i bruksnät Bilaga A.1, Tabell A Stommätning med GNSS, enskild punkt Bilaga A.2, Tabell A Stommätning med terrester teknik, punkter i bruksnät Bilaga A.2, Tabell A Stommätning med terrester teknik, avvägning Bilaga A.1, löptext 36 Grundläggande lägesosäkerhet Bilaga A.2, löptext 37 Faktorer som påverkar osäkerheten vid terrester detaljmätning med totalstation Bilaga A.3, löptext 38 Faktorer som påverkar osäkerheten vid terrester detaljmätning med avvägningsinstrument Bilaga A.4.1, löptext; formel + exempel 39 Lägesosäkerhet, detaljmätning med totalstation i plan HMK GNSS-baserad detaljmätning 2017 HMK Geodetisk infrastruktur 2017 Bilaga A.4.2, löptext; formel + exempel Bilaga A.4.3, löptext; formel + exempel 40 Lägesosäkerhet, detaljmätning med totalstation i höjd 41 Lägesosäkerhet, avvägning Bilaga A.1 Löptext 47 Faktorer som påverkar mätosäkerheten Bilaga A.2: Schablonuppgifter för nätverks-rtk Bilaga A.3: Schablonskattade standardosäkerheter Bilaga A.2.1, löptext 47 Antaganden och förutsättningar Bilaga/Tabell A Lägesosäkerhet för nätverks-rtk i ett 70 km-nät Bilaga/Tabell A Lägesosäkerhet för nätverks-rtk i ett 35 km-nät Bilaga/Tabell A Lägesosäkerhet för nätverks-rtk i ett 10 km-nät Tabell A.3.a 48 Exempel på absolut (georefererad) standardosäkerhet för aktiva referensnät och RTK-mätning Tabell A.3.b 49 Schablonmässig standardosäkerhet i avvägningsnät Tabell A.3.c 49 Schablonmässig standardosäkerhet i plana stomnät Bilaga B: Kinematisk positions- och orienteringsbestämning Tabell B.5 57 Beräkningsmetoder och förväntad standardosäkerhet Tabell B Standardosäkerheter för fixlösning, flytlösning och absolutbestämning 9